汽机调门突关-伺服阀部分原因分析

汽机调门突关 -伺服阀部分原因分析
摘要：某厂亚临界机组主汽门、高中压调节门采用伺服阀控制。

阀门的驱动均使用EH油。

机组运行中，经常出现高调门突关现象，本文选取两次连续的调门突关事件，针对伺服阀原理，对阀门突关的原因进行探讨。

关键词：高压调节阀、EH油、伺服阀
1.
EH油系统的组成及工作原理
某厂汽轮机由哈尔滨汽轮机厂制造，型号：N630-16.7/537/537，型式：为单轴、四缸、四排汽、一次中间再热、冷凝式汽轮机，包括1个反向单流的高压缸，1个分流的中压缸，2个分流的低压缸。

EH油用于汽轮机的电业控制系统，为汽轮机高中压主汽门、调门的调节提供驱动，同时也是汽轮机在危机遮断系统的安全油。

某厂汽轮机高调门易发生阀门突关现象，对机组的安全运行产生严重威胁。

1.
事件过程
2.1 #1高调门（GV1）关闭
2021年9月14日18:40:00，机组负荷550MW，总燃料量266.43t/h，总风量1897.87t/h，主蒸汽压力16.88Mpa，A~F磨运行，AGC、CCS正常投入。

阀门控制状态为顺序阀，阀门开顺序为2314，GV1开度15.80%，液压油压力
14.52Mpa。

18:40:24，机组EH油压力开始下降。

18:41:15，机组EH油压力下降至13.87Mpa，GV1突然关闭，之后EH油压力继续下降，最低下降至12.93Mpa。

隔离GV1进油阀，EH油压力由13Mpa恢复至14.55Mpa。

19:07强制GV1指令至0，
机务专业对卸荷阀进行检查，检查后恢复措施，22:00恢复阀门指令，阀门正常动作。

2021年9月15日13:40:00，机组负荷540MW，GV1指令19%，EH油压
14.54Mpa。

13:39:29，机组EH油压开始下降。

13:40:50，EH油压下降至
13.73Mpa，GV1突然全关，EH油压下降至最低12.86MPA。

就地隔离GV1进油阀后EH油压由12.9MPA恢复至14.55MPA。

强制阀门指令为0，更换伺服阀及卸荷阀备件，17：09恢复措施后，阀门动作正常。

2.2 #3高调门（GV3）关闭
2021年9月16日，GV3开度由100%瞬间突关至0，同时EH油压由14.55MPA 降至13.3MPA。

约18秒后阀门全开。

三、原因分析
3.1高调门原理
高压油经过隔离阀、滤油器、电液转换器控制进入油动机。

在RVP阀门卡上计算阀位指令信号及LVDT（线性位移差动变送器位置）反馈信号，得出位置误差信号，伺服放大器控制电液转换器，以控制油动机的位置。

机组正常运行时安全油压力等于或者略高于送达卸荷阀内高压油压力，当安全油压力降低至一定值时，快速卸荷阀打开，将油缸活塞下的油放到回油，从而使高调门关闭。

图4 高调门油路简图
3.2伺服阀工作原理
伺服阀（图5）是液压执行机构的核心部件。

当 DEH 阀位指令信号经过伺服放大器给到伺服阀时，伺服阀力矩马达中的电磁线圈中就有电流通过，线圈产生磁场作用于衔铁上，衔铁受磁力影响产生偏摆，同时带动与之相连的挡板偏摆，使两侧喷嘴与挡板之间的间隙产生变化。

在正常稳定工况时，挡板两侧与喷嘴的距离相等，使两侧喷嘴的泄油面积相等，则喷嘴两侧油压相等。

当挡板偏摆时，挡板接近一侧喷嘴，使此侧喷嘴的泄油面积变小，流量变小，前置级压力上升，而对侧的喷嘴与挡板间的距离变大，泄油面积变大，前置级压力下降。

两侧前置级压力作用于主阀芯两端，当两侧压力产生压差时，滑阀产生位移并由滑阀上的凸肩控制油口的开启与关闭。

伺服阀的滑阀属于滑动式结构，利用阀芯在阀套中滑动实现配油。

普通换向阀中阀芯凸肩大于阀口宽度，为正遮盖，死区大，且只能处于极限位置，只能做开关控制；伺服阀中阀芯凸肩等于阀口宽度，为零遮盖，阀芯的位移可控，滑阀基于节流控制原理，通过阀口的流量与阀芯的位移成正比。

当给出开度指令后，伺服阀将电信号转换为液压信号，作用于油缸活塞上，
活塞杆推动弹簧并克服弹簧力，打开气阀。

由于伺服控制系统是闭环系统，可以
对被控制量进行检测并加以反馈，系统按偏差调节原理工作，并按偏差信号的方
向和大小进行自动调整，即不管系统的扰动量和主路元件的参数如何变化，只要
被控制量的实际值偏离希望值，系统就按偏差信号的方向和大小进行自动调整。

当阀门动作达到希望值时，位移传感器将阀门位移信号转换成电气信号，作为负
反馈信号与计算机处理送来的信号相加，由于两者极性相反，所以实际上是相减，当两值相减后趋于零时，输入伺服放大器的指令信号也趋于零（4mA 时），此时
伺服阀主阀芯回到中间位置，阀芯凸肩关闭阀口，油压被封闭在油缸的活塞腔内，使气阀保持在一个开度上。

图5 伺服阀原理结构图
3.3造成阀门关闭的可能原因有：
3.3.1 伺服阀故障或卡涩
一般伺服阀产生故障的原因均为伺服阀内泄漏、阀芯阀套卡涩或伺服阀前置
级压力不稳等。

当伺服阀产生故障时，阀门由于伺服阀的失控会发生关闭、摆动、无法开足或无法打开等现象。

伺服阀内泄漏产生的原因可分为两部分，一为先导级泄漏，一为阀芯阀套泄漏：
1）先导级内泄漏由伺服阀节流器输出至喷嘴挡板间隙处泄漏，而节流器孔
一般都不大于 0.3mm，喷嘴挡板间隙为 0.2~0.3mm，现在所使用的伺服阀型号为072A560，此类伺服阀正常工作时前置级压力为系统油压的二分之一。

在不考虑
流体密度，小孔流量系数等条件，把泄漏流量最大化的前提下，可得
Q=3.14L/min，两端泄漏合计 6.28L/min。

对于 EH 系统主油泵 80L/min 以上的
供流速度来说，即使泄漏，也只是对系统功耗产生影响，对系统的运行影响不大。

2）阀芯阀套内泄漏主要表现在阀芯凸肩与阀口遮盖处。

当阀芯凸肩处及阀
套阀口处由于油质影响产生冲蚀或电腐蚀时，阀芯凸肩与阀口成负遮盖，当指令
信号趋于零（4mA）时，伺服阀阀芯回到中间位置，负遮盖处泄漏开始影响执行
机构油系统的密封性，使指令调节变得频繁，泄漏过大时，过于频繁的调节指令
使油压产生较大冲击，出现油管路管壁抖动等现象。

阀芯阀套卡涩主要产生原因为油质老化或积碳。

阀
芯与阀套间的间隙为0.002mm-0.003mm，目前采用的油质污染度等级标
准 NAS 或 SAE 中最小颗粒测量值为0.005mm，所以阀芯阀套卡涩出现问题较为
频繁。

当阀芯阀套卡涩时，摩擦力变大，伺服阀响应变慢，滞环宽度变大，影响
操控性。

发生此类故障时，当给出开度指令时出现超调现象，阀门会产生缓慢摆动，渐渐达到希望值。

3.3.2 卸荷阀故障
从工作原理上分析，节流小孔瞬时堵塞或卸荷阀异常，造成卸荷阀弹簧回座，油缸下缸油压泄除，阀门关闭。

安全油压力失去或卸荷阀故障，卸荷阀内压力平衡失去，卸荷阀回油孔打开，阀门腔室油压卸去，阀门瞬间关闭。

高压油经伺服阀正常流入油动机腔室，阀门
腔室内高压油经卸荷阀回流至油箱，则EH油母管压力降低。

四、事件结论
对拆除的GV1伺服阀进行送检测试，测试报告不合格，报告结果为泄漏量大，实际观测伺服阀一、二级滤网堵塞有杂质。

GV1、GV3阀门关闭，伴随EH油母管压力下降，排除伺服阀原因。

需对油系统及卸荷阀进行检查。

作者简介：方志鹏（1990-），性别：男，民族：汉，籍贯：皖六安，职称：技师，学位：本科，主要研究方向：热工自动控制。